反射型光环形器阵列制造技术

本实用新型专利技术提供了一种反射型光环形器阵列，引入大角度偏振分量器件使多路光信号的两个偏振态在空间上完全分离，分别进行处理。本实用新型专利技术将光环形器拓展到两维阵列的同时，避免引入复杂的波片阵列或双折射晶体阵列，消除了偏振消光比下降带来的串扰问题。两维列阵的实现，极大提高了集成度，也大幅降低了单个光环形器的成本。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光通信、光传感和光信息处理领域，涉及集成多个反射型光环形 器于一体，使之小型化、低成本化。
技术介绍
-般光环形器有三个端口，称为第一端口、第二端口和第三端口，它的基本功能是 实现光信号从第一端口到第二端口的传输，第二端口来的信号不能回到第一端口，但可以 实现第二端口到第三端口的传输。光环形器是光通信、光传感和光信息处理领域的基础器 件，在这些领域已得到了非常重要的应用。在光通信领域，光环形器的使用，还可以使普通 双口光收发模块实现单光纤双向传输，在旧网（双口双光纤）升级到单纤双向传输时是必 不可少的器件。 然而，现有技术提供的商用光环形器，不仅器件体积偏大，而且三个端口分别从光 环形器的两侧接入，在实际使用时需要盘光纤，器件整体过大，阻碍了它的广泛应用。另一 方面，目前商用光环形器价格偏高，也使其应用受限。 在现有技术中，美国专利5909310提供了一个较为典型的光环形器，图1表示该方 案中光信号从第一端口到第二端口传播的原理。从光环形器（100)的第一端口（101)输入 的光信号经第一个准直透镜（104)准直后，通过第一个双折射晶体（106)分解成位置分离， 偏振态互相垂直的两个光束（116a和116b)，在通过第一组半波片（113a和113b)和第一个 法拉第旋转器（108)的偏振处理，两个光束的偏振态变为一致（图中圆点" 并经过两 个光轴（115a和115b)相互垂直的契形双折射晶体（110和111)的方向偏转作用，光束角 度有所改变，进一步经第二组半波片（114a和114b)和第二个法拉第旋转器（109)的偏振 处理，两个光束的偏振态又变为相互垂直（图中圆点" ?"和竖线" I "），并经第二个双折射 晶体（107)合束，通过第二个准直透镜（105)聚焦到第二端口（102)输出。图1中还包含 了一个位置补偿片（112)以减少光束与中心轴的偏差。 反向传输时，即从第二端口（102)输入的光信号，通过第二个准直透镜（105)后再 通过第二个双折射晶体（107)分束，及第二个法拉第旋转器（109)和第二组半波片（114a 和114b)的偏振旋转作用，成为偏振态一致的两个光束，由于法拉第旋转器（109)的非互易 性，两个反向传输的光束偏振态为竖线" I "而非圆点" ?"，这两个光束在反向经过契形双折 射晶体（110和111)时，由于偏振态与正向传播时的偏振态垂直，因此契形双折射晶体（110 和111)对反向光束的角度偏振作用与正向时相反，再经随后的第一个法拉第旋转器（108) 和第一组半波片（113a和113b)的偏振旋转作用，及第一个双折射晶体（106)的偏振合束 作用，合并后的光束不能沿原路返回到第一端口（101)，而是到第三端口（103)。 上述现有技术是具有典型代表性的光环形器方案，基本思想是利用契形双折射晶 体（110和111)使光束在正向和反向时偏振角度不一致，并通过准直透镜（104和105)将光 束角度转化为出射光束位置（即端口的位置）。该方案使用的光学元件较多，体积和成本 难以进一步降低。另一方面，如前所述，光环形器的三个端口分别从光环形器的两侧引出， 难以进一步缩小体积。该方案也不能实现阵列化，难以利用阵列化所带来的成本分摊。 在现有技术中，美国专利5471340提供了一个反射型的光环形器，如图2所示。三 个端口（201、202和203)位于光环形器（200)的同侧，从第一端口（201)输入的光信号经第 一个双折射晶体（204)的偏振分束作用分解为偏振态垂直的两个光束，再经半波片（205) 和法拉第旋转器（206)的作用，使这两个光束分别以寻常光线和非寻常光线通过第二个双 折射晶体（207)。1/4波片（208)和反射镜（209)使得反射光束的偏振态旋转90度，两个 光束分别以非寻常光线和寻常光线经过第二个双折射晶体（207)，因此两个光束在正向和 反向通过第二个双折射晶体（207)后位置偏离相同，再经其后的法拉第旋转器（206)和半 波片（205)的偏振旋转作用，以及第一个双折射晶体（204)的偏振合束作用，合并为单一光 束从第二端口输出。同理可推第二端口输入的光信号将从第三端口输出，很容易理解如果 在第三端口后增加更多的端口（第四端口、第五端口 ...），这些端口将组成新的光环形器。 需要指出的是，图2所示的现有技术方案中，半波片（205)和第二个双折射晶体 (207)中的一个需要有两部分组成，两部分的光轴方向不同。 可以看到，上述反射型光环形器方案可以实现一维阵列化，从而使器件体积和成 本都得以分摊。但上述方案扩展到二维阵列端口时，需要两种光轴方向不同的波片阵列，或 者两种光轴方向不同的双折射晶体阵列，这两种元件工程上都很难实现。此外上述方案扩 展到二维阵列端口时，存在严重的窜扰问题，这是由于法拉第旋转器（206)旋转角度对波 长和温度具有一定的依赖性，波片（205和208)以及双折射晶体（204和207)在装配过程 中也存在光轴方向对准误差，导致光学系统的偏振消光比在_24dB左右，这些残余的光束 会进入到邻近的端口，形成端口间的串扰，串扰水平与偏振消光比一致（_24dB左右），是不 可接受的。 现有技术从性能、体积和成本方面不能满足光通信对集成化和低成本光环形器的 需求，需要采用二维阵列进一步提高光环形器的集成度以缩小体积和降低成本。
技术实现思路
为适应光通信器件特别是光环形器集成化、小型化、低成本的需求，本技术提 供了一种低成本、结构紧凑的反射型光环形器阵列。 基本思路是以下几点：采用反射型使所有端口从一侧接入；可扩展到二维阵列， 以利用二维阵列的高集成度优势；采用大角度的偏振分束合束器将两个偏振态的多路光信 号在空间上完全分离，以使串扰信号不能进入到输入输出端。 特别强调的是，需要将多路光信号作为一个整体进行分离，由于多路光信号整体 具有较大尺寸（几个毫米），现有技术普遍使用的位移型双折射晶体要达到数毫米的整体 分离距离，其长度需要数厘米，其尺寸和成本不可接受。故本技术采用多层介质薄膜 型或亚波长金属光栅型的偏振分束合束器，以在较小的空间范围内将多路（特别是两维阵 列）光信号的两个偏振态整体分离。 如图3所示，本技术提供的反射型光环形器阵列（300)，包含： 1. -个输入输出端（301)，包含有至少三个端口，用于输入和输出多路光信号； 2. 一个偏振分束合束器（303); 3?第一非互易偏振旋转器（304a); 4.第一位移双折射晶体（305a); 5.第一偏振反射器（306a); 6.第二非互易偏振旋转器（304b); 7.第二位移双折射晶体（305b); 8?第二偏振反射器（306b); 所述输入输出端（301)包含至少一组端口，每组端口包含至少三个端口，每组端 口内的多个端口按等间距排列，具有相同的端口周期和端口周期方向。 从输入输出端（301)第一组端口的第一端口（311)输入的光信号（307)，经由所述 偏振分束合束器（303)分解为偏振方向垂直的第一和第二偏振态光信号（308a和308b)， 分别沿空间上完全分离的第一和第二路径传播，通过所述第一和第二非互易偏振旋转器 (304a和304b本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反射型光环形器阵列，其特征在于，包含有：一个输入输出端，用于输入和输出多路光信号；一个偏振分束合束器，可在空间上完全分离多路光信号的两个偏振态；第一非互易偏振旋转器；第一位移双折射晶体，具有第一光轴；第一偏振反射器；第二非互易偏振旋转器；第二位移双折射晶体，具有第二光轴；第二偏振反射器；所述输入输出端包含至少一个端口组，每个端口组包含至少三个端口，每个端口组内的多个端口按等间距排列，各个端口组具有相同的端口周期及端口周期方向；所述第一和第二偏振反射器可反射光信号，并使反射后的光信号偏振态旋转90度；从所述输入输出端输入的多路光信号，经由所述偏振分束合束器分解为偏振方向垂直的第一和第二偏振态光信号，分别沿在空间上完全分离的第一和第二路径传播；所述第一偏振态光信号传播方向与端口周期方向组成第一基准平面，所述第二偏振态光信号传播方向与端口周期方向组成第二基准平面；所述第一偏振态光信号沿第一路径依次通过所述第一非互易偏振旋转器、第一位移双折射晶体至所述第一偏振反射器，经其反射后，偏振态相对反射前旋转90度，再反向通过所述第一位移双折射晶体、第一非互易偏振旋转器后，成为第三偏振态光信号，与第一偏振态光信号的偏振态一致，到达所述偏振分束合束器；所述第二偏振态光信号沿第二路径依次通过所述第二非互易偏振旋转器、第二位移双折射晶体至所述第二偏振反射器，经其反射后，偏振态相对反射前旋转90度，再反向通过所述第二位移双折射晶体、第二非互易偏振旋转器后，成为第四偏振态光信号，与第二偏振态光信号的偏振态一致，到达所述偏振分束合束器，并与返回的第三偏振态光信号合并为方向相同的光信号到达所述输入输出端输出；所述第一和第二位移双折射晶体的长度及第一和第二光轴方向的安排使得第三和第四偏振态光信号到达所述输入输出端时，具有与所述输入输出端的端口周期方向相同、大小相等的位移量，在位置上也合并。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈波，许辉杰，赖泓基，
申请(专利权)人：徐州旭海光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32